五軸數控機床非線性誤差建模及補償方法

王艷紅，喻偉男，李 冬，崔 悅

(1.沈陽工業大學人工智能學院，沈陽 110870;2.東軟醫療系統股份有限公司，沈陽 110167)

0 引言

五軸聯動數控機床由刀具和工件的相對運動完成切削動作，適用于加工復雜且高精度的曲面，被廣泛應用于裝備制造、航空、航天等領域[1]。由于機床在加工過程中需要采用大量的離散直線段逼近工件的輪廓曲線[2]，加之其旋轉軸的運動，會造成線性插補與非線性運動之間的不一致而產生非線性誤差[3]，從而影響到數控機床的加工精度，因而需要進行有效的補償和控制。

吳大中等[4]認為非線性誤差最大值點位于插補中點處，并根據非線性誤差最大值與誤差許用值的大小，確定是否在中點處插入新的刀位數據點。該方法需要進行多次判斷和選擇，算法較為繁瑣和耗時。梁全等[5]利用數控系統的RTCP(以刀具旋轉中心)和RPCP(以工件旋轉中心)功能，根據數控機床類型推導出五軸數控機床的數學模型，并將其應用到五軸數控系統上進行位移的補償。章永年等[6]利用RTCP編程算法與插補相結合的方式，以減小非線性誤差。CUI等[7]通過將刀具刀軸矢量控制在允許的范圍內，進而減小非線性誤差。該方法優化了數據軌跡，但需要將刀具的最大偏差控制在一定的范圍內。

上述研究大多是針對數控機床的特定類型或特殊的編程方式進行處理的，因而應用的門檻較高，且通用性不足。為此，本文提出一種基于誤差建模的非線性誤差預測和補償方法，以數控機床的逆運動學模型為基礎，通過對插補過程中獲得的刀位點誤差數據進行辨識，獲得誤差模型，進而建立誤差自適應補償算法?！?br>